DE102012202871A1 - Reflection device for concentration of light, has mirror mounting device, which comprises holder with joint, and push rod driven by drive device, where mirror is connected with joint and lies on upper end of push rod with mirror rear side - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reflexionsvorrichtung zur Konzentration von Licht.The present invention relates to a reflection device for the concentration of light.
Reflexionsvorrichtungen zur Konzentration von Sonnenlicht werden in Solarkraftwerken eingesetzt. Über die Reflexionsvorrichtung wird das Sonnenlicht auf eine Absorbervorrichtung fokussiert, so dass die Sonnenenergie beispielsweise thermisch genutzt werden kann.Reflection devices for the concentration of sunlight are used in solar power plants. The sunlight is focused on an absorber device via the reflection device, so that the solar energy can be used thermally, for example.
Es sind unterschiedliche Solarkraftwerke bekannt. Neben Parabolrinnenkraftwerken, bei denen ein rohrförmiger Absorber innerhalb einer Parabolrinne verläuft, sind auch sogenannte punktkonzentrierende Anlagen bekannt, bei denen eine Vielzahl von Heliostaten das Sonnenlicht auf einen zentralen Absorber konzentriert.There are different solar power plants known. In addition to parabolic trough power plants, in which a tubular absorber runs within a parabolic trough, so-called point-concentrating plants are also known, in which a large number of heliostats concentrates sunlight onto a central absorber.
Bei den Solarkraftwerken müssen die Reflektoren grundsätzlich während des Tagesverlaufs dem Sonnenstand nachgeführt werden, um eine Fokussierung des Sonnenlichts auf dem Absorber zu gewährleisten.In the case of solar power plants, the reflectors must always be tracked during the course of the day to the position of the sun, in order to ensure a focusing of the sunlight on the absorber.
Bei herkömmlichen Solarkraftwerken bestehen die einzelnen Solarmodule, beispielsweise eine Parabolrinne oder ein Heliostat, aus einem einzigen Spiegel. Über herkömmliche Antriebe, wie beispielsweise ein Drehantrieb werden die einzelnen Module dem Sonnenlicht nachgeführt.In conventional solar power plants, the individual solar modules, for example a parabolic trough or a heliostat, consist of a single mirror. Using conventional drives, such as a rotary drive, the individual modules track the sunlight.
Aus der
Derartige Antriebe sind jedoch von relativ kompliziertem Aufbau und relativ empfindlich, so dass es zu Problemen bei Witterungseinflüssen kommen kann.However, such drives are relatively complicated in structure and relatively sensitive, so that there may be problems in weather conditions.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reflexionsvorrichtung zur Konzentration von Licht mit einem verbesserten Antrieb bereitzustellen. Dabei soll die Reflexionsvorrichtung von einfachem Aufbau und kostengünstig herstellbar sein.It is therefore the object of the present invention to provide a reflection device for concentrating light with an improved drive. The reflection device should be of simple construction and inexpensive to produce.
Die Erfindung ist definiert durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.The invention is defined by the features of
Bei einer Reflexionsvorrichtung zur Konzentration von Licht mit mindestens einem Spiegel, mit einer mit dem Spiegel verbundenen Spiegellagervorrichtung und mit einer Antriebsvorrichtung zur Verstellung des Spiegels ist vorgesehen, dass die Spiegellagervorrichtung aus einer Halterung mit einem Gelenk und einer ersten, von der Antriebsvorrichtung angetriebenen Schubstange besteht, wobei der Spiegel mit einer Spiegelrückseite mit dem Gelenk verbunden ist und auf einem oberen Ende der ersten Schubstange aufliegt.In a reflection device for concentrating light with at least one mirror, with an mirror bearing device connected to the mirror and with a drive device for adjusting the mirror, it is provided that the mirror bearing device comprises a holder with a joint and a first push rod driven by the drive device, wherein the mirror is connected to the hinge with a mirror back and rests on an upper end of the first push rod.
Eine derartige Spiegellagervorrichtung ist auf eine einfache konstruktive Weise herstellbar. Durch das Vorsehen einer Schubstange, die von der Antriebsvorrichtung angetrieben wird, ist darüber hinaus eine sehr robuste Konstruktion verwirklichbar, da diese rein aus mechanischen Teilen besteht. Über die Halterung mit dem Gelenk wird der Spiegel in einer Grundposition gehalten. Über die Schwerkraft liegt der Spiegel mit der Spiegelrückseite auf einem oberen Ende der ersten Schubstange auf. Durch einen translatorischen Antrieb der Schubstange kann nun der Winkel des Spiegels über die Spiegellagervorrichtung verändert werden. Dabei wandert der zwischen dem oberen Ende der Schubstange und der Spiegelrückseite gebildete Auflagepunkt auf der Spiegelrückseite und der Spiegel führt um das Gelenk einer Schwenkbewegung aus. Auf diese Weise ist der Winkel des Spiegels und somit eine Sonnenstandnachführung des Spiegels auf einfache Weise verwirklichbar.Such mirror bearing device can be produced in a simple constructive manner. By providing a push rod which is driven by the drive device, moreover, a very robust construction can be realized, since this consists purely of mechanical parts. About the holder with the joint, the mirror is held in a basic position. By gravity, the mirror with the mirror back is located on an upper end of the first push rod. By a translational drive of the push rod now the angle of the mirror can be changed via the mirror bearing device. In this case, the support point formed between the upper end of the push rod and the mirror back wanders on the mirror back and the mirror performs around the joint of a pivoting movement. In this way, the angle of the mirror and thus a sun position tracking of the mirror can be realized in a simple manner.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Spiegellagervorrichtung eine zweite von der Antriebsvorrichtung angetriebene Schubstange aufweist, wobei der Spiegel mit der Spiegelrückseite auf einem oberen Ende der zweiten Schubstange aufliegt, und wobei die Antriebsvorrichtung die zweite Schubstange unabhängig von der ersten Schubstange antreibt. Durch das Vorsehen einer zweiten Schubstange ist der Spiegel der erfindungsgemäßen Reflexionsvorrichtung in besonders vorteilhafter Weise verstellbar, da verschiedene Winkeländerungen um verschiedene Drehachsen vorgenommen werden können. Beispielsweise kann eine Schubstange unverändert verbleiben, während die andere Schubstange verstellt wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, beide Schubstangen gleichzeitig anzutreiben und somit zu verstellen.It can be provided that the mirror bearing device has a second driven by the drive device push rod, wherein the mirror rests with the mirror back on an upper end of the second push rod, and wherein the drive device drives the second push rod independently of the first push rod. By providing a second push rod, the mirror of the reflection device according to the invention is adjustable in a particularly advantageous manner, since different angle changes can be made about different axes of rotation. For example, a push rod can remain unchanged while the other push rod is adjusted. Of course it is also possible to drive both push rods simultaneously and thus to adjust.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass das obere Ende der ersten Schubstange in einer auf der Spiegelrückseite angeordneten Kulisse geführt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem lediglich die erste Schubstange vorgesehen ist, kann der Spiegel über die Kulisse in vorteilhafter Weise geführt werden, und es sind keine besonderen Anforderungen, wie beispielsweise eine Beschränkung der Freiheitsgrade, für das Gelenk erforderlich. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die erste und die zweite Schubstange vorgesehen sind, ermöglicht die Kulissenführung eine Begrenzung der Bewegung des Spiegels und es wird beispielsweise verhindert, dass der Spiegel ungewollt gegen ein benachbartes Bauteil anstößt. Die Kulissenführung kann beispielsweise als gerade Schienenführung oder auch gekrümmt ausgebildet sein.In one embodiment of the invention it is provided that the upper end of the first push rod is guided in a arranged on the mirror back backdrop. In an embodiment of the invention in which only the first push rod is provided, the mirror can be guided over the gate in an advantageous manner, and there are no special requirements, such as a restriction of the degrees of freedom required for the joint. In an embodiment in which the first and the second push rod are provided, the slotted guide allows a limitation of the movement of the mirror and it is prevented, for example, that the mirror unintentionally abuts against an adjacent component. The slotted guide can be formed, for example, as a straight rail guide or curved.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Schubstange parallel angeordnet sind. Auf diese Weise ist eine einfache Konstruktion der Spiegellagervorrichtung möglich, wobei gleichzeitig der Antrieb der ersten und der zweiten Schubstange in vorteilhafter Weise gewährleistet werden können.In one embodiment of the invention it is provided that the first and the second push rod are arranged in parallel. In this way, a simple construction of the mirror bearing device is possible, at the same time the drive of the first and the second push rod can be ensured in an advantageous manner.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Reflexionsvorrichtung mehrere Spiegel aufweist, wobei jeder Spiegel eine Spiegellagervorrichtung besitzt. Die erfindungsgemäße Reflexionsvorrichtung ist somit ein Modul mit mehreren Spiegeln, wobei die Spiegel einzeln dem Sonnenstand nachgeführt werden können. Die Spiegel können beispielsweise als Mikrospiegel ausgebildet sein.In a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the reflection device has a plurality of mirrors, each mirror having an mirror bearing device. The reflection device according to the invention is thus a module with a plurality of mirrors, wherein the mirrors can be individually tracked to the position of the sun. The mirrors can be designed, for example, as micromirrors.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung mindestens eine erste verschiebbare Platte aufweist, die mehrere erste Schubstangen der Spiegel verbindet, und/oder mindestens eine zweite verschiebbare Platte aufweist, die mehrere zweite Schubstangen der Spiegel verbindet. Über das Vorsehen einer ersten Platte, die mehrere erste Schubstangen der Spiegel verbindet, lassen sich die ersten Schubstangen der Spiegel gemeinsam und gleichzeitig antreiben und somit verstellen, indem die Platte zu dem Spiegel oder von dem Spiegel weg bewegt wird. Das Gleiche gilt natürlich auch für die zweite verschiebbare Platte. Auf diese Weise ist ein gleichzeitiges Verstellen der Spiegel auf besonders vorteilhafte und konstruktiv einfache Art und Weise verwirklichbar. Darüber hinaus ist die Platte eine sehr stabile Konstruktion der Antriebsvorrichtung sowie der Spiegellagervorrichtung möglich. Die Platten können beispielsweise übereinander angeordnet sein, wobei beispielsweise die erste Platte unter der zweiten Platte angeordnet ist, die erste Schubstange durch entsprechende Öffnungen in der zweiten Platte verlaufen. Dadurch ist eine sehr kompakte Konstruktion der Antriebsvorrichtung möglich.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the drive device has at least one first displaceable plate which connects a plurality of first push rods of the mirror, and / or at least one second displaceable plate which connects a plurality of second push rods of the mirror. By providing a first plate interconnecting a plurality of first push rods of the mirrors, the first push rods of the mirrors can be driven together and simultaneously, and thus adjusted, by moving the plate toward the mirror or away from the mirror. Of course, the same applies to the second sliding plate. In this way, a simultaneous adjustment of the mirror in a particularly advantageous and structurally simple way can be realized. In addition, the plate is a very stable construction of the drive device and the mirror bearing device possible. For example, the plates may be stacked with, for example, the first plate disposed below the second plate, the first push rod passing through corresponding apertures in the second plate. As a result, a very compact construction of the drive device is possible.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass an dem oberen Ende der ersten Schubstange und/oder der zweiten Schubstange eine Kugelsegment oder ein Ellipsoidsegment angeordnet ist. Dadurch wird eine nahezu punktförmige Auflagefläche zwischen der Spiegelrückseite und dem oberen Ende der Schubstange verwirklicht, so dass die Spiegelrückseite definierte Auflagepunkte besitzt.In one embodiment of the invention it can be provided that at the upper end of the first push rod and / or the second push rod, a spherical segment or an ellipsoidal segment is arranged. As a result, an almost punctiform bearing surface between the mirror back and the upper end of the push rod is realized, so that the mirror back has defined support points.
Das Gelenk kann als hängende Lagerung ausgebildet sein. Das Gelenk kann beispielsweise auch aus einem Kugelzapfen und einer Kugelpfanne bestehen. Bei herkömmlichen Kugelgelenken, bei denen die Verstellwinkel durch die Kugelpfanne häufig beschränkt sind, kann vorgesehen sein, dass sich die Kugelpfanne beispielsweise nur bis zur Hälfte des Kugelzapfens erstreckt, wobei der Kugelzapfen beispielsweise magnetisch in der Kugelpfanne gehalten werden kann.The joint can be designed as a hanging storage. The joint may for example also consist of a ball stud and a ball socket. In conventional ball joints, in which the adjustment angle are often limited by the ball socket, it can be provided that extends the ball socket, for example, only up to half of the ball pin, wherein the ball pin can be magnetically held in the ball socket, for example.
Das Kugelsegment oder Ellipsoidsegment am oberen Ende der Schubstange kann beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet sein.The ball segment or ellipsoid segment at the upper end of the push rod may be formed, for example, of plastic.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kugelsegmente und/oder Ellipsoidsegmente der Spiegellagervorrichtungen unterschiedlicher Spiegel unterschiedliche Durchmesser bzw. Krümmungen aufweisen. Auf diese Weise ist bei einem gemeinsamen gleichzeitigen Antrieb der Schubstangen eine unterschiedliche Verstellung der Spiegel ermöglicht, so dass eine mehrere Spiegel aufweisende Reflexionsvorrichtung in besonders vorteilhafter Weise dem Sonnenstand nachgeführt werden kann. Dadurch kann ein sogenannter winkelabhängiger Offset eingestellt werden, um eine Fokussierung eines gesamten Moduls zu erreichen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass über einen Tag zu bestimmten Lichteinfallswinkeln maximale Konzentrationen bei der Reflexion auf das zu bestrahlende Ziel erreicht werden.In one embodiment of the invention it is provided that the spherical segments and / or ellipsoid segments of the mirror bearing devices of different mirrors have different diameters or curvatures. In this way, a different adjustment of the mirror is possible with a common simultaneous drive of the push rods, so that a multiple mirror having reflection device can be tracked in a particularly advantageous manner the position of the sun. As a result, a so-called angle-dependent offset can be set in order to achieve a focusing of an entire module. As a result, it is possible to ensure that maximum concentrations are achieved in the reflection on the target to be irradiated for one day at certain light incidence angles.
Bei einem Solarkraftwerk mit erfindungsgemäßen Reflexionsvorrichtungen, die mehrere Spiegel aufweisen, kann somit nicht ohne Reflexionsvorrichtung als Ganzes, sondern auch die einzelnen Spiegel auf den Absorber fokussiert werden, so dass eine besonders hohe Konzentration des Lichts erreicht werden kann.In a solar power plant with reflection devices according to the invention, which have a plurality of mirrors, it is therefore not possible to focus on the absorber without the reflection device as a whole, but also the individual mirrors, so that a particularly high concentration of the light can be achieved.
Die Halterung kann als Haltestange ausgebildet sein, die parallel zu der ersten und/oder zweiten Schubstange angeordnet ist, wobei das Gelenk an einem oberen Ende der Halterung angeordnet ist.The holder may be formed as a holding rod, which is arranged parallel to the first and / or second push rod, wherein the hinge is arranged at an upper end of the holder.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the following figures.
Es zeigen:Show it:
In
Wie am besten aus
Die erste Schubstange
Das Gelenk
Das Gelenk
Die Kugelsegmente
Die erfindungsgemäß vorgesehene Lagervorrichtung
In
Das Gelenk
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